燒結過程用蘭炭作為燃料替代焦粉的生產試驗*

付林林 孫濤 方俊杰 徐楊斌 付俊生 翟文利

(安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司)

燒結過程用蘭炭作為燃料替代焦粉的生產試驗*

付林林 孫濤 方俊杰 徐楊斌 付俊生 翟文利

(安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司)

為降低燒結礦成本，永通公司燒結車間進行了用蘭炭做為燃料替代部分焦粉的生產試驗，試驗結果表明，蘭炭替代30%的焦粉時對燒結過程的影響不大，通過采取控制燃料粒度、提高料層厚度、提高點火溫度、蘭炭焦粉分別配加等措施，完全能滿足煉鐵對燒結礦產質量的要求，達到降本增效的目的。

蘭炭 焦粉 燒結成本 生產試驗

0 前言

受全球經濟不景氣和國家宏觀調控的影響，從2011年第四季度開始，我國鋼鐵業由微利轉為虧損。鋼鐵企業紛紛把降低原燃料成本，作為降本增效的重要手段。燒結礦成本的高低直接決定了生鐵的成本高低，燒結過程中的固體燃料成本對燒結礦的成本有著很大的影響，用低價燃料替代部分價格昂貴的焦粉是降低燒結成本的有效措施之一。無煙煤價格較低，但是無煙煤資源緊缺，且質量波動非常大，影響生產的穩定進行，不適宜作替代燃料。蘭炭作為近年來發展起來的一種新型優質固體燃料，質量和性能均優于無煙煤，每噸蘭炭價格要比焦炭低230元左右。若能用蘭炭作為燒結生產替代燃料，對降低燒結礦成本，幫助企業渡過當前經濟危機具有十分重要的現實意義。

1 燒結過程所用固體燃料質量要求

1)燒結過程中，固體燃料的燃燒反應為液相生成和其他反應的進行提供了必要的熱量和氣氛條件，燃料燃燒所產生的熱量占燒結過程所需全部熱量的90%以上［1］。燒結過程中燃料的配加量、燃料的粒度組成、燃料的燃燒性質直接影響燒結過程中的溫度和熱量變化，進而影響到燒結料層的溫度分布、熱量分布、燃燒帶厚度、料層透氣性、燒結氣氛、粘結相數量和質量等，并直接影響燒結礦的產質量。因此燒結生產對燃料質量有著很高的要求:固定碳含量高，灰分揮發分含量低，粒度分布合理，可燃性好。

燒結過程對燃料的粒度有著更嚴格的要求。燃料的粒度不能過粗，也不能過細，過粗時會造成燃燒帶過寬，增大氣流阻力，導致負壓升高產量下降;過細時會導致燃燒速度過快，燃燒帶的高溫保持時間短，降低燒結礦的強度和成品率。最適宜的燃料粒度為0.5 mm～3 mm，生產中一般要求0～3 mm的燃料要達到85%以上。燃料粒度過小(＜0.5 mm)或過大(＞3 mm)在生產過程中容易造成遷移和偏析。燃料遷移的機理是粒度＜0.5 mm的細顆粒燃料在干燥預熱帶由于水分被急劇蒸發，水的粘結力喪失，上部料層的壓力使得部分混合料顆粒粉化，其上粘附的細小燃料受到燒結氣流的沖刷和重力作用隨氣流運動，并粘附到更下層的過濕帶顆粒表面和空隙中，使料層下部燃料增高［2］。當燃料粒度＞3 mm，布料時易造成偏析，使料層下部燃料粒度變粗。燃料的遷移和偏析在生產過程中是普遍存在的現象，但是燃料粒度分布不合理會加劇遷移和偏析的程度。燃料的遷移和偏析造成粒度分布不合理的燃料集中在料層的下部，再加上燒結料層下部的自動蓄熱作用，使燒結料層的溫度差異更大，以至造成上層燒結礦的強度差，下層存在過熔現象，FeO含量偏高。

2)燒結過程常用的固體燃料主要有焦粉和無煙煤兩種。永通公司燒結車間所用固體燃料主要是高爐槽下篩分下來的粒度＜8 mm的焦粉和部分外購焦粉，近期還配加了少量蘭炭，蘭炭作為一種燒結用新型固體燃料，又被稱為“焦粉、半焦”，是利用神府煤田盛產的優質侏羅精煤干餾提取煤氣后的產物，具有三高四低的特點:固定炭高、化學活性高、比電阻高、灰分低、鋁低、硫低、磷低，每噸蘭炭價格要比焦炭低230元左右。基于上述優點，在燒結燃料中配加蘭炭以替代價格昂貴的焦粉，對降低燒結礦成本實現低成本煉鐵是非常有幫助的。蘭炭與焦粉相比，其干餾不充分，孔隙度比焦粉小，因此蘭炭的強度、燃燒性能均沒有焦粉好，蘭炭的固定碳含量較低，揮發分含量高。蘭炭和焦粉主要指標對比如表1所示。

表1 焦粉與蘭炭主要成分對比

2 生產試驗方案

為了全面了解用蘭炭替代部分焦粉后對燒結生產過程的影響，在燒結車間2×40 m2燒結機上進行了生產試驗。試驗所用蘭炭質量要求見表2。進廠蘭炭成分見表3。

表2 試驗所用蘭炭質量要求 %

表3 進廠蘭炭成分 %

由表2、表3可以看出，進廠蘭炭基本滿足了生產試驗的要求，生產試驗期間焦粉成分穩定。

生產試驗分三個階段進行，蘭炭配加量分別為:第一階段25%，第二階段33%，第三階段50%，每個階段試驗三天。為了把不確定因素降低到最低限度，在試驗過程中預配料的配比保持不變，燒結礦堿度確定為2.25 ±0.12，料層厚度 500 mm，見表4。

表4 預配料配比 %

3 試驗結果與分析

用蘭炭替代部分焦粉后，給燃料帶來了以下三個主要變化:第一燃料中的固定碳含量降低，揮發分含量升高，燃料燃燒產生的熱量減少;第二與焦粉相比蘭炭機械強度差，配加蘭炭后的燃料經過棒磨機破碎后粒度分布不合理，總的趨勢是燃料粒度偏細，具體表現為蘭炭破碎過度而焦粉破碎不充分，導致過粉碎(＜0.5 mm)的細顆粒燃料所占比例增加(超過上限25%)，＞3 mm破碎不充分的燃料主要是焦粉，配加蘭炭后由于粒度分布不合理，在生產過程加劇了燃料的遷移和燃料的偏析，對生產造成了極為不利的影響;第三配加蘭炭后燃料的反應性和可燃性下降。

通過三個階段的生產試驗，對蘭炭作為燒結燃料替代部分焦粉對生產過程的影響有了進一步的認識，試驗各階段主要經濟技術指標見表5。

表5 試驗各階段燒結礦主要技術經濟指標

3.1 配加蘭炭后固體燃料的燃燒性能變化

蘭炭與焦粉相比其干餾不充分，孔隙度比焦粉小，因此其燃燒性能沒有焦粉好。但是配加蘭炭后燒結機機速和負壓并沒有出現明顯變化，說明蘭炭的實際燃燒性能還是比較好的，甚至還優與焦粉(燃燒帶紅層變薄)。這主要是蘭炭強度差，配加蘭炭后燃料在破碎過程中存在過粉碎現象，過粉碎(＜0.5 mm)的細顆粒燃料燃燒速度快造成的。

3.2 配加蘭炭對燃耗的影響

從燒結礦主要技術經濟指標數據中可以看出，隨著蘭炭的配加量增加燃耗呈逐漸上升的趨勢。在試驗進行的三個階段中，每個階段燃耗上升約2%。主要是配加蘭炭后燃料的整體固定碳含量降低造成的，為了保證燃燒帶的高溫區有足夠高的溫度，必須通過增加燃料的用量來彌補替代燃料的發熱量不足。

3.3 配加蘭炭后機尾斷面的變化

從燒結機機尾斷面觀察發現與配加蘭炭前相比，機尾斷面不整齊，紅層顏色發暗、較薄且分布不均;料層上部液相生成不足結塊差，下部結塊較好，料層中氣孔較大，存在局部過熔現象。造成這些現象的原因主要有以下三個方面:一是蘭炭發熱量低，配加蘭炭后燃燒帶高溫區溫度水平降低，液相生成不足，導致紅層發暗;二是燃料粒度偏細，造成燃燒速度過快，燃料燃燒速度與傳熱速度不同步，燃燒帶的高溫保持時間短，不利于粘結相的發展和礦物結晶，降低燒結礦的強度和成品率;三是由于燃料粒度分布不合理，加劇了燃料遷移和燃料偏析，造成料層上部燃料更少下部燃料更多的現象，與理想的燃料分布狀態恰好相反，導致上部料層熱量不足液相生成少結塊差，下部料層在自動蓄熱和燃料過大的雙重作用下，存在局部過熔現象。也是由于上述原因，生產試驗以來粘篦條現象非常嚴重。

3.4 配加蘭炭對燒結礦轉鼓指數和粒度組成的影響

從燒結礦主要技術經濟指標數據中可以看出，燒結礦轉鼓指數在試驗過程中均有所下降，特別是當蘭炭配加量達到50%時，轉鼓指數以達不到公司對燒結礦質量考核的最低限度(＞75%)。篩分指數和5 mm～10 mm粒級的燒結礦有所增加，燒結礦整體偏碎強度下降。

3.5 配加蘭炭對燒結礦產量的影響

從燒結礦主要技術經濟指標數據中可以看出，隨著蘭炭配加量增加，燒結礦產量呈逐漸下降的趨勢，從試驗結果來看試驗第一第二階段產量與未配加蘭炭相比下降不明顯，說明通過提高燃料用量可以彌補蘭炭造成的燃燒帶溫度降低。當蘭炭配加量達到50%以后，產量下降明顯，日產量下降約200 t，不能滿足煉鐵車間對燒結礦產量的需求。

4 生產工藝優化措施

隨著燃料中蘭炭的配加量提高，燒結礦產質量均有所下降，特別是當蘭炭的配加量增加到50%以后，產質量下降非常明顯。為了改善燒結的技術經濟指標，針對配加蘭炭后生產中出現的各種問題，采

取了以下四項技術措施。

4.1 嚴格控制燃料的粒度

配加蘭炭后燃料粒度分布不合理是此次生產試驗中存在的最主要問題，主要是蘭炭過粉碎而焦粉破碎不充分，針對這一問題首先嚴格控制焦粉水分含量(控制在10%以下)，使焦粉更易于破碎;其次通過調節棒磨機的進煤量適當放寬燃料粒度上限，緩解燃料破碎中蘭炭的過粉碎現象。

4.2 提高點火溫度

為了使料層表面獲得足夠的熱量，保證燒結礦的強度，在試驗過程中通過增加點火煤氣用量、保持合適的空燃比、提高助燃風溫度等措施來提高點火溫度，將點火溫度1050℃以上，彌補由于蘭炭熱值低、燃燒速度快所造成的料層表面熱量不足的問題，提高表層燒結礦強度。

4.3 適當提高料層厚度

適當提高料層厚度，充分利用厚料層的自動蓄熱作用，彌補配加蘭炭發熱量不足的問題。料層提高后，表層未燒好及強度差的燒結礦相對減少，上部供熱充足和料層高溫保持時間延長，促進液相生成和礦物結晶充分，有利于燒結礦強度的改善，提高燒結礦強度和成品率。試驗表明料層提高后，燒結礦質量明顯改善，但是受制于燒結機產能問題，料層厚度不能過厚，綜合考慮各方面因素，控制在550 mm為宜。

4.4 蘭炭和焦粉分別加在外配和內配

為加快燃料的燃燒速度，燒結生產工藝中將混合料中所需要的燃料分兩次配如，80%左右的燃料配入一混前的混合料中，余下的部分則在二混造球后加入，使燃料裹在球的表面，以改善固體燃料的燃燒動力學條件，加快燃燒速度。在生產過程中，把蘭炭和焦粉分別加在外配和內配，彌補蘭炭燃燒性能不及焦炭的缺點，同時解決了由于兩種燃料強度不同，混合在一起破碎時造成的粒度不均勻問題。

5 經濟效益評價

通過優化生產工藝，燒結礦的質量得到了顯著提高。優化生產工藝后燒結礦主要技術經濟指標見表6。

表6 優化生產工藝后燒結礦主要技術經濟指標

由表6可以看出，當蘭炭配加量達到50%時，燒結礦的質量仍能滿足煉鐵生產對燒結礦各項指標的要求，但是燒結礦產量下降明顯，永通公司燒結礦產能不足，燒結礦日產量 必須達到4000 t以上才能滿足煉鐵生產需要，制約了蘭炭配加量，綜合各方面因素，蘭炭配加量在30%時是比較適宜的。當前焦粉與蘭炭存在約230元的價差，用蘭炭替代30%焦粉后固體燃料成本降低約2.16元/t，配加蘭炭后燒結礦產量下降造成加工費用上升約0.8元/t，因此燒結礦綜合成本下降約1.36元/t。通過優化生產工藝，配加30%的蘭炭造成的燒結礦的質量指標下降非常有限，生產試驗期間高爐穩定順行，高爐綜合焦比穩定在 498kg/t，利用系數穩定在3.32 t/(m3·d)，與使用蘭炭前相比區別不大。經過測算燒結礦成本降低1.36元/t。

6 結論

1)配加蘭炭后的燃料存在的主要問題是粒度分布不合理，加劇生產過程中燃料遷移和偏析，造成蘭炭與焦粉燃燒過程不同步，再加上料層的自動蓄熱作用，使料層上部與底部的溫度差異更大，造成料層上部燒結礦的強度差，下層過熔FeO含量偏高燒結礦還原性差現象。

2)三個階段的試驗表明，在永通公司現有工藝和原料條件下，隨著蘭炭配比量的增加，燒結礦產量、燃耗、轉鼓指數、篩分指數及粒度組成指標均會受到不同程度的影響。通過采取控制燃料粒度、提高料層厚度、提高點火溫度、蘭炭焦粉分加等措施，這些指標均得到改善。當蘭炭的配加量控制在30%以下時，完全能滿足煉鐵對燒結礦產、質量的要求。

3)用蘭炭替代30%的焦粉，可使燒結礦成本下降1.36 元/t。

4)蘭炭的揮發分含量較高，其對料層的透氣性未造成大的影響，對除塵、風機轉子等設備的影響還需在今后的生產過程中觀察。

［1］王振龍.燒結原理與工藝［M］.北京:兵器工業出版社，2003:32.

［2］馮根生，吳勝利，趙佐軍.改善厚料層燒結熱態透氣性的研究［J］.燒結球團，2011，36(1):4 －5.

PRODUCTION TEST OF BLUE CARBOON AS FUEL INSTEAD OF PULVERIZED COKE IN SINTERING PROCESS

Fu Linlin Sun Tao Fang Junjie Xu Yangbin Fu Junsheng Zhai Wenli
(Yongtong Casting Pipe Company，Anyang Iron and Steel Group)

The production test in which blue carbon is used as fuel instead of part of pulverized coke has been done to reduce sintering cost.The result shows 30%blue carbon mixture has no obvious influence to the sintering process.Sinter quality can meet ironmaking requirement through controlling fuel granularity，raising material layer thickness and ignition temperature，blending blue carbon and pulverized coke respectively，which achieve cost reduction and efficiency increasing.

blue carbon pulverized coke sintering cost production test

*聯系人:孫濤，副經理，高級工程師，河南.安陽(455113)，安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司;

2012—3—21